De zee haalt koolstof uit de lucht – maar wat als de temperatuur stijgt?

‘Gelukkig neemt zeewater koolstofdioxide (CO₂) op, anders was het al lang over en uit geweest met ons,’ vertellen klimaat- en oceaanonderzoekers Richard Bintanja en Rob Middag. ‘De oceaan is een enorm koolstofreservoir.’ Maar wat gebeurt er eigenlijk met die koolstofopname in een veranderend klimaat? Bijvoorbeeld als zee-ijs en gletsjers smelten doordat de temperatuur stijgt?

FSE Science Newsroom | Tekst Charlotte Vlek | Beeld Leoni von Ristok

Dit is de tweede aflevering in een reeks over onderzoek naar de koolstofcyclus: de kringloop waarin koolstof wordt uitgewisseld tussen atmosfeer en oceanen, planten en stenen. Die kringloop raakt uit balans als wij mensen te veel CO₂ in de lucht brengen; in dit artikel lees je over de wisselwerking tussen atmosfeer en zeewater.

De hoeveelheid koolstofdioxide die zeewater opneemt, heeft alles te maken met hoezeer de concentraties CO₂ in de lucht en die in het water van elkaar verschillen. Vergelijk het met een warme en een koude kamer: warmte zal ook sneller naar een koude kamer stromen als het temperatuurverschil groter is. Zo reguleert de aarde zelf haar balans: meer CO₂ in de atmosfeer zal leiden tot meer opname van koolstof in zeewater.

Maar die opname van koolstof kent een grens: als de bovenlaag van de zee verzadigd is met CO₂, kan het niets meer uit de lucht opnemen. Pas als de opgenomen koolstof in het zeewater wordt afgevoerd naar de diepte ontstaat er weer ruimte om nieuwe koolstof uit de lucht op te nemen. Dat afvoeren gaat bijvoorbeeld door middel van stromingen, of door fytoplankton: eencellige plantjes, die net als landplanten CO₂ opnemen en zuurstof uitstoten.

‘We denken altijd meteen aan het regenwoud bij de zuurstof die we ademen, maar eigenlijk komt een groot deel van fytoplankton,’ lacht Richard Bintanja, hoogleraar Klimaat en Milieuveranderingen, verbonden aan de RUG en het KNMI. Wanneer afgestorven fytoplankton naar de bodem zinkt, neemt het de opgenomen koolstof mee de diepte in: een effectieve manier om koolstof af te voeren uit de bovenlaag.

IJzergebrek bij Antarctica

‘Maar om CO₂ te kunnen omzetten, heeft fytoplankton ijzer als voedingsstof nodig,’ vertelt bijzonder hoogleraar Rob Middag, verbonden aan de RUG en het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ). ‘Dat zie je zo wanneer je een fles vol zeewater bekijkt dat arm is aan ijzer. Voeg er wat ijzer aan toe - in de juiste chemische vorm, geen spijkers dus. Dan zie je het water groen kleuren van de fytoplankton.’

Maar ijzer is slecht oplosbaar in zeewater. Dat betekent dat het snel neerslaat, en dan zakt het gemakkelijk naar de bodem van de oceaan. Aan de kust is dat niet zo’n probleem, omdat er voldoende ijzerhoudend stof vanaf het land in zee terecht komt, en omdat rivieren ijzer aanvoeren. Maar vooral in de afgelegen Zuidelijke Oceaan rondom Antarctica is er weinig ijzer aanwezig. ‘Ooit dacht men dat het een goed idee was om daar ijzer aan de oceaan toe te voegen, om te zorgen dat daar meer fytoplankton zou groeien, voor meer koolstofopname. Maar dat bleek niet rendabel,’ vertelt Middag (zie kader).

Zelf ging Middag met zijn onderzoeksteam op ijsbrekers naar Antarctica voor een ander doel: ‘We dachten dat smeltende gletsjers misschien ijzer in de Zuidelijke Oceaan zou brengen, waardoor daar weer meer fytoplankton zou kunnen groeien.’ Verschillende promovendi gingen met deze hypothese aan de slag, en kwamen tot positieve en minder positieve conclusies.

Middag: ‘Eén promovendus onderzocht in het lab hoe fytoplankton het doet in deze veranderende omstandigheden: meer ijzer, maar ook hogere temperaturen door het smeltwater. Wat doet dat met de groei?’ Het goede nieuws: fytoplankton groeit goed bij hogere temperaturen, mits er voldoende ijzer is. Het slechte nieuws, ontdekt tijdens de ijsbreker-expeditie: het ijzer dat van de gletsjer afkomstig is, heeft niet de juiste chemische vorm en is daardoor slecht opneembaar. Dus daar heeft het fytoplankton weinig aan. Middag: ‘Een beetje zoals het voor een mens met ijzertekort ook weinig zin heeft om op spijkers te kauwen.’

Smeltend zee-ijs op de Noordpool

Bintanja richt zijn pijlen juist op het Noordpoolgebied, al heeft hij de poolreizen inmiddels goeddeels achter zich gelaten. Bintanja: ‘Je zou denken: als daar meer open water is, kan er meer fytoplankton leven, wat weer meer CO₂ opneemt.’ Fytoplankton heeft namelijk zonlicht nodig voor fotosynthese, en kan dus niet onder het zee-ijs groeien.

Maar werkt het ook echt zo? ‘Wat je zelf in je hoofd bedenkt is vaak te simpel,’ vertelt Bintanja. Daarom onderzoekt hij met behulp van de klimaatmodellen van het KNMI hoe dit scenario van smeltend zee-ijs en fytoplankton zich precies zou kunnen voltrekken. ‘Uit onze klimaatmodellen blijkt steeds: alles hangt met alles samen, en als je één ding verandert, verandert alles.’

Op dit moment is de conclusie: er is geen eenduidige conclusie. Verschillende modellen komen tot verschillende uitkomsten. Bintanja verklaart: ‘Fytoplankton heeft ook voedingsstoffen nodig, zoals stikstof en ijzer. Het plankton leeft zelf aan de oppervlakte, terwijl voedingsstoffen door stromingen uit de diepte moeten worden aangevoerd. Hoe die verticale stromingen precies lopen, dat is heel lastig te modelleren.’

Lees meer: